名词区分
- 条件变量 pthread_cond_t：运行期线程同步工具，搭配普通 C 语言while/if（不带#），用于线程等待某个事件发生。
- 条件编译 #if / #endif：编译期预处理指令，带#，仅做代码裁剪，和线程运行逻辑无关。
前置概念
1. 临界资源、临界区
- 临界资源：多个线程都可以读写的共享数据，本文示例为全局变量data。
- 临界区：操作临界资源的代码片段。
多个线程同时执行临界区，会篡改破坏共享数据，需要互斥锁做保护。
2. 互斥锁 pthread_mutex_t
作用：保证同一时刻，最多只有一个线程执行临界区代码。
- pthread_mutex_lock：加锁
- pthread_mutex_unlock：解锁
条件变量不能脱离互斥锁单独使用。条件变量负责让线程休眠等待；互斥锁用来保护被判断的共享数据。
3. 虚假唤醒
POSIX 标准许可的底层现象：线程已经休眠、挂在条件变量等待队列上，没有其他线程发送signal唤醒信号，内核却把休眠的线程唤醒。
这不是代码 Bug，普通测试很难复现，高并发压力场景才容易暴露。
4. pthread_cond_wait 执行流程
调用前提：调用该函数之前，线程必须已经持有互斥锁。
重点：函数返回，仅仅代表线程被唤醒并且拿到锁，不代表业务条件已经成立。
业务场景：生产者‑消费者
业务需求：
用到两个条件变量：
- cond_produce：生产者等待条件，数据满 100 时生产者休眠；
- cond_consume：消费者等待条件，数据不足 100 时消费者休眠。
完整示例代码：
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond_produce = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond_consume = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int data = 0;
//消费者线程：等待data达到100再执行消费
void *consumer(void *arg)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(data < 100)
{
pthread_cond_wait(&cond_consume, &mutex);
}
printf("【消费者】开始消费，data=%d\\n", data);
data = 0;
printf("【消费者】消费完成，data=%d\\n", data);
pthread_cond_signal(&cond_produce);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100000);
}
return NULL;
}
//生产者线程：累加data，满100就等待消费完成
void *producer(void *arg)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
data++;
printf("【生产者】生产，data=%d\\n", data);
if(data >= 100)
{
printf("【生产者】数据已满，通知消费者\\n");
pthread_cond_signal(&cond_consume);
while(data >= 100)
{
pthread_cond_wait(&cond_produce, &mutex);
}
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100000);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid_pro, tid_con;
pthread_create(&tid_pro, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&tid_con, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(tid_pro, NULL);
pthread_join(tid_con, NULL);
return 0;
}
重点讲解：为什么不能使用 if
❌错误 if 版本代码片段
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(data < 100) // 条件只会判断一次
{
pthread_cond_wait(&cond_consume, &mutex);
}
data = 0;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
if 版本时序（虚假唤醒场景）
✅此时线程停在pthread_cond_wait函数内部，函数还没有返回。
👉虚假唤醒就发生在这里：没有任何线程调用signal，操作系统内核直接唤醒这个休眠的线程。
✅正确 while 版本代码片段
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(data < 100) // 每一次wait返回，都会重新校验条件
{
pthread_cond_wait(&cond_consume, &mutex);
}
data = 0;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
while 版本对应时序
核心结论：pthread_cond_wait返回 ≠ 业务条件成立。
signal 与 broadcast
- pthread_cond_signal：唤醒等待队列中至少一个线程。
- pthread_cond_broadcast：唤醒全部正在等待的线程。
即便使用signal，也必须写while。signal 仅负责唤醒线程，无法规避虚假唤醒。 补充：虚假唤醒不属于内核 Bug。为简化内核内部实现，POSIX 将该行为合法化，把条件二次校验的责任交给上层应用代码。
标准编码范式
等待方（等待条件满足）
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (/*条件不满足*/)
{
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
//操作共享资源
pthread_mutex_unlock(&mutex);
唤醒方（修改条件、发出通知）
pthread_mutex_lock(&mutex);
//修改共享数据
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
